窒化物半導体の電子状態の解明と制御:歪工学による新機能光デバイス実現に向けて

氮化物半导体中电子态的阐明和控制：通过应变工程实现新型功能光学器件

基本信息

批准号：
11J00290
负责人：
石井良太
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルの同定,窒化アルミニウムの励起子微細構造の解明,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.以下ではそれぞれについて具体的に記す.まず,前年度に調達した無極性面および半極性面窒化アルミニウム基板に対して,一軸性応力下における偏光反射測定を行った.深紫外分光特有の問題である信号強度の著しい低下を防ぐために,高輝度白色光源の使用,光学系の最適化,光路の窒素充填などを行った.その結果,それぞれの励起子の明瞭な応力依存性を観測することに成功した。実験結果をウルツ鉱構造の励起子有効ハミルトニアンで解析することにより,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルを同定した.異方性励起子変形ポテンシャルとせん断励起子変形ポテンシャルの報告値はこれまでに存在せず,世界初の成果である.続いて,有機金属気相成長法によって作製したc面窒化アルミニウムホモエピタキシャル薄膜の発光特性を詳細に調べた.極低温においてフォトルミネッセンス測定を行うと,極めて鋭い複数の発光線が観測された.重要なこととして,偏光を考慮したフォトルミネッセンス測定を極低温から室温まで温度を変化させながら測定することにより,従来束縛励起子と同定されていた発光線は自由励起子に起因していることを明らかにした.この実験結果を群論と不変量の理論を用いて解析することにより,窒化アルミニウムにおける励起子微細構造を明らかにし,窒化アルミニウムにおける電子正孔交換相互作用定数は正であることを見出した.最後に,精密に同定した励起子変形ポテンシャルを用いて,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.具体的には,窒化アルミニウムガリウムのダブルヘテロ構造および歪み量子井戸構造を作製した場合の,禁制帯幅,偏光度,有効質量などを種々の面方位に対して包括的に理論計算を行った.

今年，我们已经确定了氮化铝铝制的所有激子变形电位，阐明了硝酸铝的激子微观结构，并提出了一种新的设备结构，以实现紫外线高效率发射。以下将详细描述。首先，在上一年采购的非极性和半极铝底物的单轴应力下进行了极化反射测量。为了防止信号强度的显着降低，这是深紫外光谱特有的问题，我们使用了高发光的白光源，优化了光学系统并填充光学路径。结果，我们成功地观察到了每个激子的明显压力依赖性。使用激子有效的哈密顿激子结构对实验结果进行了分析，以鉴定氮化铝中的所有激子变形电位。到目前为止，尚无报道的各向异性激光变形电位和剪切激子变形电位的值，这是世界上第一个。接下来，我们详细研究了由金属有机蒸气沉积制备的C-平面铝同型薄膜的发射特性。当在极低的温度下进行光致发光测量时，观察到了多个极其锋利的发射线。重要的是，通过测量从极低温度到室温的温度来测量两极分化的光致发光测量。，我们透露，以前已将其确定为绑定激子的排放线是由于自由激子。通过使用群体理论和不变理论分析这一实验结果，我们揭示了氮化铝铝制的激子微结构，并发现氮化铝中的电子孔交换相互作用常数为阳性。最后，我们提出了一种使用精确鉴定出的激子变形电位的紫外线高效发射的新设备结构。具体而言，当氮化壳胆管的双重异质结构和紧张的量子井结构时，在制造氮化胆管的双重异质结构和量子量量子孔结构的双重异质结构时，进行了各种平面取向（例如，诸如禁止带宽度，极化程度和有效质量）的全面理论计算。